فولاد کم کربن یا سبز چیست و چگونه ساخته می شود؟

فولاد یکی از همه کاره‌ترین و مفیدترین مواد روی کره زمین است که عمدتاً از آهن (Fe) و کربن (C) تشکیل شده است. در بررسی انواع فولاد، به ترکیبی از آلیاژهای مختلف می‌رسیم که ترکیب آن‌ها، شکل‌های مختلفی از فولاد مانند فولاد کربنی، فولاد آلیاژی، فولاد ضد زنگ، فولاد ابزار و غیره را نتیجه می‌دهد. انواع، دسته‌ها و گریدهای بی‌شماری از فولاد وجود دارد. در این میان فولاد کم کربن است که یک اصطلاح رایج برای توصیف یک نوع فولاد معمولی است. اما فولاد کم کربن دقیقاً چیست؟ برای کمک به تعریف این اصطلاح، در ادامه با صباپروفیل همراه باشید تا خواص آن، نحوه ساخت و همچنین چند نمونه از کاربردهای رایج فولاد کم کربن را توضیح دهیم.

از زمان انقلاب فرهنگی، تولید آهن و فولاد وجود دارد. در آن زمان به وسیله زغال سنگ تولید انجام می‌شد و اکنون نیز در حال تغییر و تحول است. امید بر آن است که محصولات و خدماتی ارائه شود که در تولید آن انتشار گاز دی اکسید کربن و سایر گازهای گلخانه‌ای به مقدار ناچیزی برسد. برای این تحول بزرگ، اصطلاحات و نام‌های مختلفی در نظر گرفته شده است. فولاد سبز یکی از این عبارات است که از آن با نام فولاد بدون کربن یا فولاد کم کربن نیز نام برده می‌شود. البته اصطلاح فولاد بدون کربن نادرست است زیرا برای اینکه درصد کربن فولاد کاملاً صفر باشد، فولاد باید بدون هیچ‌گونه انتشار دی اکسید کربن تولید شود. در نهایت فولاد باید حاوی مقداری کربن باشد، زیرا همین امر باعث تمایز آن از آهن خالص می‌شود. گرچه این کربن آلیاژی می‌تواند از منابع غیر فسیلی تأمین شود. با این وجود اگر بتوان تعادلی بین گازهای گلخانه‌ای وارد شده در جو هنگامی که فولاد تولید می‌شود و انتشار گازهایی که از جو خارج می‌شوند، به دست آورد، می‌توان از فولاد حاصل به عنوان فولاد خالص صفر یا کربن خنثی نام برد.

صنعت فولاد دنیا در حال توسعه محصولات فولادی با کربن بسیار کمتری نسبت به گذشته است و در سال جاری، با استفاده از احیاکننده‌های مبتنی بر سوخت‌های فسیلی اقدام به تولید محصولات فولادی کرده‌اند. بسیاری از فولادسازان فن آوری‌هایی را به کار برده‌اند که میزان تولید گازهای گلخانه‌ای را در فرآیند تولید به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

فولاد کم کربن چیست؟

فولاد کم کربن (Mild Steel یا Low carbon steel) نوعی فولاد کربنی با مقدار کربن کم است – در واقع به عنوان “فولاد سبز” نیز شناخته می‌شود. اگرچه محدوده‌ها بسته به منبع متفاوت است، مقدار کربن معمولاً در فولادهای کم کربن، 0.05٪ تا 0.25٪ وزنی است، در حالی که فولادهای کربنی معمولاً دارای محتوای کربن از 0.30٪ تا 2.0٪ هستند. لازم به ذکر است اگر کربن بیشتر از این مقدار اضافه شود، فولاد به عنوان چدن طبقه‌بندی می‌شود.

فولاد کم کربن یک فولاد آلیاژی نیست و بنابراین حاوی مقادیر زیادی عناصر دیگر به جز آهن نیست. شما مقادیر زیادی از کروم، مولیبدن یا سایر عناصر آلیاژی را در فولاد کم کربن پیدا نخواهید کرد. از آنجایی که محتوای کربن و عناصر آلیاژی آن نسبتاً کم است، چندین ویژگی وجود دارد که آن را از فولادهای کربنی و آلیاژی، متمایز می‌کند.

کربن کمتر به این معنی است که این فولاد نرم است و نسبت به فولادهای پرکربن و سایر فولادها، معمولاً انعطاف پذیرتر، قابل ماشینکاری و جوش پذیری بیشتری است، با این حال، به این معنی است که سخت شدن و تقویت آن از طریق گرم کردن تقریباً غیرممکن است. محتوای کربن کم همچنین به این معنی است که کربن و سایر عناصر آلیاژی بسیار کمی برای جلوگیری از نابجایی در ساختار کریستالی خود دارد، که به‌طور کلی منجر به استحکام کششی کمتری نسبت به فولادهای با کربن بالا و آلیاژی می‌شود. فولاد نرم همچنین دارای مقدار زیادی آهن و فریت است که آن را همراه با خاصیت مغناطیسی می‌کند.

فقدان عناصر آلیاژی مانند آنهایی که در فولادهای ضد زنگ وجود دارد به این معنی است که آهن در فولاد سبز، در صورت عدم پوشش مناسب در معرض اکسیداسیون (زنگ) قرار می‌گیرد. اما مقدار ناچیز عناصر آلیاژی نیز به فولاد کم کربن کمک می‌کند تا در مقایسه با فولادهای دیگر نسبتاً مقرون به صرفه باشد. مقرون به صرفه بودن، قابلیت جوش‌پذیری و ماشین‌کاری است که این نوع فولاد را به انتخاب محبوبی برای مصرف‌کنندگان تبدیل می‌کند.

فولاد سبز چیست؟

منظور از فولاد سبز همان فولاد کم کربن است که به دلیل کاهش ردپای کربن در ساخت آن، به محیط زیست آسیب بسیار کمتری وارد کرده و تولید گازهای گلخانه‌ای آن، تا حد زیادی کاهش می‌یابد.

mild steel چیست؟

منظور از mild steel همان فولاد کم کربن و یا فولاد سبز است که به خاطر کاهش استفاده از کربن در آن، آسیب بسیار کمتری به محیط زیست می‌زند و به همین دلیل بسیار پرطرفدار می‌باشد. فولاد mild steel کم کربن، دارای خواص مغناطیسی خوبی به دلیل محتوای آهن بالای آن است، بنابراین به عنوان “فرومغناطیسی” تعریف می‌شود. مقدار کربنی که معمولاً در mild steel یافت می‌شود بین 0.05٪ تا 0.25٪ وزنی است.

فولاد کم کربن چگونه ساخته می شود؟

فولاد سبز یا کم کربن مانند سایر فولادهای کربنی ساخته می‌شود. یک روش معمول برای انجام این کار شامل ترکیب سنگ آهن و زغال سنگ است. هنگامی که زغال سنگ و سنگ آهن از زمین استخراج می‌شوند، با هم در یک کوره بلند ذوب می‌شوند. پس از ذوب شدن، مخلوط به کوره دیگری منتقل شده تا اولاً ناخالصی‌هایی را که ممکن است داشته باشند، بسوزانند، و دوماً تنظیمات دیگری در ترکیب شیمیایی فولاد کم کربن انجام شود. پس از آن، به فولاد اجازه داده می‌شود تا به شکل مستطیل و جامد در آید. سپس این دال از فولاد کم کربن معمولاً با استفاده از فرآیندهایی به نام نورد گرم یا کشش سرد به اندازه مورد نظر کاهش می‌یابد، اگرچه روش‌های دیگری نیز وجود دارد که می‌توان از آن‌ها استفاده کرد که از جمله می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:

1. کارخانه آکو ورده برزیل از ذغال 100٪ برای تولید محصولات فولادی و آهن کم کربن استفاده می‌کند.
2. آرسلورمیتال در حال ساخت تاسیساتی در بلژیک برای تبدیل گازهای زائد کارخانه های فولادی به اتانول است که تولید سوخت‌های مصنوعی را ممکن می‌کند.
3. HBIS فولادساز چینی، در حال ساخت یک پروژه آزمایشی متالورژی هیدروژن با ظرفیت 1.2 مگابایت است و با استفاده از فن آوری‌های هیدروژن سبز و آبی سعی بر به صفر رساندن دی اکسید کربن در فرآیند ساخت آهن و فولاد دارد.
4. تاتا استیل در حال توسعه فناوری ابتکاری جدید ذوب آهن از طریق پروژه HIsarna خود است.
5. تیسنکروپ و نیپون استیل نیز یک سری آزمایشات برای استفاده از هیدروژن در کوره‌های بلند آغاز کرده‌اند که هدف آن کاهش  انتشار دی اکسید کربن ناشی از ساخت فولاد است.

فولاد تولید شده با استفاده از همه این فن آوری‌ها می‌تواند به عنوان فولاد کم کربن در نظر گرفته شود. سرعت رشد فن آوری به‌گونه‌ای است که به احتمال زیاد تا سال 2050 آنچه که در حال حاضر فولاد کم کربن محسوب می‌شود کاملاً تغییر کرده باشد.

بیشتر بدانید: فولاد چگونه ساخته می شود؟

کاربردهای رایج فولاد کم کربن

در اینجا چند نمونه از موارد استفاده از فولاد کم کربن در جهان آورده شده است:

1. فولاد سازه
2. نشانه ها
3. اتومبیل
4. مبلمان
5. دکوراسیون
6. سیم
7. شمشیربازی

مزایا و معایب فولاد کم کربن

فولاد کم کربن یکی از پرکاربردترین موادی است که برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرد. هزینه کم، دوام و سهولت ساخت، آن را به گزینه‌ای ایده آل برای بسیاری از انواع پروژه‌ها تبدیل کرده است. اما مانند همه مواد، فولاد کم کربن نیز دارای مزایا و معایبی است که باید هنگام تصمیم‌گیری در مورد استفاده از آن، در نظر گرفته شود. بیایید مزایا و معایب فولاد کم کربن را با جزئیات بیشتر بررسی کنیم.

5 مزیت فولاد کم کربن

همان‌طور که در بالا ذکر شد، یکی از مزیت‌های اصلی استفاده از فولاد کم کربن، مقرون به صرفه بودن آن است. فولاد کم کربن بسیار ارزان‌تر از سایر فلزات مانند فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم است، و آن را به گزینه‌ای جذاب برای کسانی تبدیل می‌کند که به دنبال صرفه‌جویی در هزینه‌ها بدون کاهش کیفیت هستند. فولاد کم کربن علاوه بر مقرون به صرفه بودن، بسیار بادوام است. می‌تواند مقدار زیادی سایش و پارگی را بدون شکستن یا خوردگی در طول زمان تحمل کند. همچنین دارای خواص جوش پذیری عالی است. این امر کار با فولاد کم کربن را آسان می‌کند زیرا می‌توان آن را به راحتی به اشکال مختلف درآورد. در نهایت، فولاد کم کربن دارای استحکام کششی خوبی است، به این معنی که می‌تواند سطوح تنش بالا را بدون شکستن یا کمانش تحت فشار تحمل کند.

استحکام کششی بیشتر: فولاد کم کربن نسبت به سایر انواع فولاد استحکام کششی بیشتری دارد، به این معنی که قبل از شکستن می‌تواند تنش بیشتری را تحمل کند. این امر آن را برای کاربردهایی ایده آل می‌کند که در آن سطوح تنش بالا به احتمال زیاد مواجه می‌شوند، مانند پروژه‌های ساختمانی یا پل‌ها.

شکل پذیری بیشتر: فولاد کم کربن نسبت به سایر انواع فولاد انعطاف‌پذیرتر است، به این معنی که می‌توان آن را بدون شکستگی کشید یا خم کرد. این باعث می‌شود که برای کاربردهایی که در آن به درجه خاصی از انعطاف‌پذیری نیاز است، مانند پانل‌های بدنه خودرو یا لوله‌ها، ایده آل باشد.

قابلیت جوشکاری بیشتر: فولاد کم کربن نسبت به سایر انواع فولاد جوش پذیرتر است، به این معنی که می‌توان آن را با استفاده از تکنیک‌های جوشکاری به یکدیگر متصل کرد. این آن را برای کاربردهایی ایده آل می‌کند که در آن اتصال قوی مورد نیاز است، مانند کشتی سازی یا ساخت و ساز ساختمان‌ها.

ماشینکاری بیشتر: فولاد کم کربن نسبت به سایر انواع فولاد قابلیت ماشینکاری بیشتری دارد، به این معنی که می‌توان آن را با استفاده از ماشین ابزار برش داد، سوراخ کرد و شکل داد. این امر آن را برای کاربردهایی که به اشکال دقیق نیاز دارند، مانند تولید قطعات موتور یا تجهیزات پزشکی، ایده آل می‌کند.

مقرون به صرفه تر: فولاد کم کربن عموماً مقرون به صرفه‌تر از سایر انواع فولاد است، و آن را به انتخاب خوبی برای کاربردهایی تبدیل می‌کند که در آن هزینه یکی از ملاحظات عمده است.

معایب فولاد کم کربن

بزرگترین عیب استفاده از فولاد کم کربن، حساسیت آن به خوردگی است، اگر به درستی مهر و موم نشده باشد یا با پوشش مقاوم در برابر زنگ، پوشش داده نشود. بدون محافظت مناسب در برابر رطوبت، اکسیژن و سایر عناصر، فولاد کم کربن در نهایت در طول زمان خورده می‌شود و منجر به شکست زودرس یا خرابی در ساختاری می‌شود که در آن مورد استفاده قرار می‌گیرد. علاوه بر این، فولاد کم کربن به اندازه سایر فلزات مانند فولاد ضد زنگ یا آلومینیوم قوی نیست، بنابراین ممکن است برای کاربردهای خاصی که در آن استحکام مهم است، مانند قطعات خودرو یا مصالح ساختمانی، مناسب نباشد.

1. فولاد کم کربن نسبت به سایر انواع فولاد از استحکام کمتری برخوردار است.
2. فولاد کم کربن نسبت به سایر انواع فولاد دوام کمتری دارد.
3. فولاد کم کربن به اندازه سایر انواع فولاد در برابر خوردگی مقاوم نیست.
4. جوشکاری فولاد کم کربن نسبت به سایر انواع فولاد چالش برانگیزتر است.

جمع‌بندی

هنگام تصمیم گیری در مورد استفاده یا عدم استفاده از فولاد کم کربن برای پروژه خود، باید چندین فاکتور مانند هزینه، مقاومت مورد نیاز و نیاز به مقاومت در برابر خوردگی را قبل از تصمیم گیری نهایی در نظر بگیرید. در حالی که استفاده از این نوع آلیاژهای فلزی مزایای زیادی مانند مقرون به صرفه بودن و دوام دارد، معایبی نیز دارد از جمله پتانسیل خوردگی و استحکام کمتر در مقایسه با سایر فلزات که باید هنگام تصمیم گیری در مورد بهترین ماده برای نیازهای کاربردی خود در نظر گرفته شود. در نهایت، اگر به دنبال یک گزینه فلزی ارزان و در عین حال قابل اعتماد هستید، فولاد کم کربن ممکن است راه حل مناسبی باشد که به دنبال آن بوده‌اید!

پرسش و پاسخ

.

مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 8 خرداد 1402

.